JPH09506066A - 水和塩化マグネシウムから無水塩化マグネシウム−含有溶融体の準備及びマグネシウム金属の製造 - Google Patents
水和塩化マグネシウムから無水塩化マグネシウム−含有溶融体の準備及びマグネシウム金属の製造Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明にしたがい、無水塩化マグネシウム−含有溶融体、または非常に低い水準で典型的にはMgO重量で0.2%未満のMgOを含有する電解質を水和塩化マグネシウム供給体から直接製造する方法を新たに提供する。さらに具体的にはこの方法は、a)マグネシウム電解槽からの溶融電解質を含む炉に水和塩化マグネシウムを供給し、炉内温度を450〜650℃に保持して溶融体を製造する工程、b)水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり2モルのHCl化学量論的必要量より少ない量で、無水塩化水素−含有ガスを溶融体に同時に注入し、溶融体を攪拌して注入し、溶融体に酸化マグネシウムを懸濁して保持し、塩化マグネシウムを脱水し且つ溶融体中でMgOと反応させ、溶融体か100%塩化マグネシウム当量を基準にして0.2%以下のMgOを含み、濃縮水和塩化マグネシウムを含む溶融体を形成する工程、を備える。
Description
【発明の詳細な説明】
水和塩化マグネシウムから無水塩化マグネシウム−含有溶融体の準備及びマグネ
シウム金属の製造
発明の分野
本発明は、電気分解によってマグネシウム金属を得るために出発材料として無
水塩化マグネシウム含有溶融体の製造のために適切な方法に関し、この方法は、
通常使用する無水塩化マグネシウムの代わりに、水和塩化マグネシウムの使用を
含む。
発明の背景
塩化マグネシウムの電気分解による金属マグネシウムの製造における重要工程
は、無水塩化マグネシウム供給体の準備である。幾つかの方法が、無水塩化マグ
ネシウムを製造するために商業的に使用されている。最も古いのはIG Fae
benの方法であり、MgOの錠剤とコークスを塩素と電気加熱垂直軸炉内で反
応させ、約800℃で溶融塩化マグネシウムを製造する。この方法の主な欠点は
、その低生産作業性(一炉当たり<30tpdの溶融MgCl2)、底から未反
応残留物を取り除くために必要な周期的運転中断、塩素の高要求量、及び廃ガス
中の塩素化炭化水素があげられる。
米国特許第4,269,816号は、還元体としてCOを使用してマグネサイ
ト鉱石の塊から溶融無水MgCl2を直接製造する直立炉塩素化方法を提案して
いる。この方法は、マグネサイトのMgOか焼工程及びMgO/ケーキのブリケ
ット化工程が省略できる利点を有するが、高品位のマグネシウム金属を製造する
ために、高純度マグネサイトの供給を必要とし、且つIG Farben塩素化
装置の残りの欠点、すなわち、低生産性と塩素化炭化水素放出が未だ解決されて
いない。
Norsk Hydroは、濃縮MgCl2ブライン(brine)から無水
MgCl2粒を製造する方法を開発した。この方法は米国特許第3,742,1
99号に開示され、a)MgCl2ブラインを55%以下のMgCl2濃度に蒸発
させること、b)流動床方法に適切な大きさのMgCl2・4−6H2Oの粒を形
成するために濃縮MgCl2ブラインの噴射造粒をすること、c)200℃の空
気で流動床脱水し、MgCl2・2H2O粉末を製造すること、d)約300℃の
無水HClガスで3段階流動床脱水し、MgOとH2Oとを各々0.2wt%未
満含有する無水MgCl2粉末を得ることにある。この方法は商業的に運転され
るが、非常に大量のHClガスの再循環、例えば、脱水のために50倍未満の化
学量論的的必要量を必要とし、したがって非常に複雑であり且つ資本投下である
。
米国特許第3,953,574号は、MgOとH2Oとを各々約5wt%含有
するスプレー乾燥したMgCl2粉末を800℃で炭素還元体と塩素ガスと共に
反応させることにより溶融MgCl2を製造する方法を開示する。この方法は、
炉壁に据えつけたグラファイト電極によって電気的に加熱される二つの連結した
長方形の炉内で実施される。スプレー乾燥したMgCl2は、固体炭素還元体と
一緒に第1の炉に供給され、塩素ガスがグラファイトランスを用いる双方の炉を
通じて泡立てて供給体の中でMgOとH2OとをそれぞれMgCl2とHClへと
反応させる。最終MgCl2溶融体は0.5%未満のMgOを含有する。しかし
ながら、充分に高い塩素利用効率を得るためには、鉄または酸化物を塩素化処理
炉に添加するか、または好ましくはスプレー乾燥する前にMgCl2ブライン
に塩化第一鉄溶液を添加することによって、塩化第一鉄をメルトに供給すること
が必要であることが判明した。このような鉄の添加なしでは、40%未満の塩素
効率が達成され商業的方法としては余りにも低かった。しかしながら鉄の使用は
幾つかの欠点をもたらし、主に溶融MgCl2製造物中の0.5%の残留鉄水準
が電解槽中で鉄金属に分解し、スラジとして蓄積し且つ槽運転効率の損失を生じ
る。また、添加された鉄の一部が揮発し、煙突排気問題を生じる。上記方法のM
gCl2製造物中の残留鉄水準が、現在の密閉型電解槽で使用するには余りにも
多く、そのために、このような槽への供給物としてこのMgCl2を使用するに
は、0.1%未満に鉄水準を下げるために双極電解前処理を進める必要がある(
米国特許第4,510,029号)。
米国特許第4,981,674号には、無水MgCl2を準備する方法が開示
されている。この方法は、スプレー乾燥MgCl2粉末、マグネサイトまたはマ
グネシア粉末を溶融MgCl2に750〜850℃の炉内で供給する工程、及び
、溶融MgCl2浴内に配置するガス分散器によって塩素及び一酸化炭素のよう
なガス状還元体を添加する工程とを備え、MgOと浴中で反応する微細ガス泡を
発生させ、且つ、0.1%未満にその水準以下に還元する。
オーストラリア特許第120,535号は、725〜750℃の標準電解槽温
度を越えた温度で好ましくは800〜850℃で、10〜55%のMgCl2を
含有する溶融電解質の別容器に、水和塩化マグネシウムを供給し、ヒドロキシ塩
化マグネシウムを分解し、且つ、この別容器内でMgCl2濃度を50%以下の
MgCl2水準に増加させることを教示する。この方法のあいだで形成される酸
化マグネシウムは、塩酸ガスまたは炭素と塩素のような塩化剤をこの容器に投入
することにより部分的に反応することが可能である。
周期的に、このMgCl2−濃縮電解質が隣接する電解容器に回分式搬送される
。また、容器に形成されたMgO−含有スラジはしゅんせつによって除去しなけ
ればならない。この特許に記載された方法は750℃よりも高温で運転する。こ
のような高温度では供給された殆どの水和MgCl2はMgOに加水分解される
。塩化水素ガスが塩化剤として使用される場合、最近の密閉型電解質槽用に電解
質中でMgO水準を充分低い水準に還元するには、このような高温度では大量の
ガスが必要とされる。必要とする乾燥HCl量は、水和MgCl2供給物中のM
gCl21モル当たりHClが2モルをかなり超え、塩化マグネシウムの電解に
より製造された塩素から得られる。したがって、このHClは、米国特許第3,
779,87号に記載されるような複雑な乾燥システムを通して再利用する必要
があり、このシステムは取り付け及び実施費用が高くなる。この方法は、最近の
密閉型マグネシウム電解槽に適切でなく、MgCl2−濃縮電解質のMgO水準
を十分に低い水準まで、すなわち典型的には100%のMgCl2供給量を基準
に0.1%の未満或いはそれに等しいMgOにまで還元できなくて、経済的な槽
運転を保証できない。また、電解質からのMgO含有スラジの除去は、望ましく
なく非能率的な方法である。
日本特許第32−9052号は、750℃の温度で乾燥HClガスを導入して
いる間に、塩化マグネシウム−含有電解質(25%のMgCl2)に水和塩化マ
グネシウムを供給することを記載する。乾燥HClガス無しに導入された22%
のMgCl2が供給物中で湿分と反応して、MgOを形成した。所定の種々の実
施例において、水和MgCl2供給物のMgCl21モル当たり2モルのHClに
等しい水準及びわずかに多くHClを投入するとき、MgOの形成はほとんど完
全に防止され、形成されたその後のMgCl2電
解質から塩素が製造される。しかしながら、その後のMgCl2−電解質の電解
は、製造されるマグネシウム金属のトン当たりに13〜15kg範囲のグラファ
イト消費量をもたらす。これは、最近の密閉型マグネシウム電解槽の最大許容グ
ラファイト消費よりも大きく20〜30倍になる。したがって、電解質の実質的
にMgOが存在しないことが記載されているが、グラファイト消費は別のことを
意味し、すなわち、高MgO水準である。日本特許の図2に記載されるようにH
Clガスがただ単に泡立てするすることが予想されるので、電解質が効果的に攪
拌されない場合にMgOがスラジとして簡単に沈降することが大いに起こりうる
。750℃で得られたMgOスラジは未だ液状であり、したがって、循環する電
解質によって容易に再懸濁することが可能である。すなわち、この特許に記載さ
れるようにこの方法は、0.1%未満のMgOを含有するMgCl2電解質の供
給が可能でない。
Norsk Hydroの単極槽(米国特許第4,560,449号)及びA
lcanの多極槽のような現在のマグネシウム電解槽は、「密閉型」槽と当業者
によって呼ばれ、それらは非常にしっかりと密閉型にされ湿潤空気の進入を防止
する。いわゆるこれらの密閉型槽は、槽運転を中断することなく数年のあいだ運
転するように設計される。したがって、グラファイト正極は交換できず、スラジ
は槽を停止することなく槽から除去することができない。密閉型槽の再組み立て
は非常に費用の掛かることであるので、槽に供給される出発材料は、主に無水塩
化マグネシウムであり、非常に低水準のMgOであり、好ましくは0.1wt%
未満の含有でなければならない。供給物内に存在するか或いは湿潤空気の進入に
よって槽内で形成されるMgOは、グラファイト正極と反応するかまたはスラジ
を含有する酸化マグネシウムを形成することを引き起こす。
MgCl2供給物の純度に依存して種々の比率でNaCl、CaCl2及びKC
lの混合物を含有している電解質残留物と、10〜20%範囲のMgCl2とで
溶融電解質中で、商業的MgCl2電解槽は典型的に運転する。典型的な電解質
組成は約60%NaCl、20%CaCl2、0〜5%KCl及び15〜20%
MgCl2である。
グラファイトの消耗は正極−負極距離を増大させることをもたらし、必要運転
電圧を増加させ、すなわち、製造されるマグネシウム単位当たりの電力消費を増
加する。結果として、マグネシウム単位当たりの電力消費が、経済的に運転を続
けるにはあまりにも大きくなるか、或いは槽熱平衡がもはや維持できないときに
は、この槽は停止しなければならない。密閉型槽内に形成されたスラジが沈殿し
、次第にこの槽の底にセメント状の塊を形成する。スラジの形成が過剰になった
ときは、この槽を止めるのに十分になり、この槽内の電解質の流れが中断させる
であろう。
したがって、上記のことから考慮して、湿気が、塩化マグネシウムまたはマグ
ネシウム金属のいずれかと反応して酸化マグネシウムを形成するか、或いは、グ
ラファイト正極と直接反応し電極を消耗する理由で、水和塩化マグネシウムは「
密閉型」槽に加えられないことが明らかとなる。このことは、Dow Chem
icalsによるKirk−Othmer Encyclopedia,14巻
、570〜615頁の論文によって確認され、それには、特別に設計された電解
槽に、MgCl2の1モル当たり1.5〜2.0モルのH2Oを含有する水和塩化
Mg粉末を直接添加することは、永久的に形成すること且つその後槽の作業効率
の障害防止するために、日常的に槽から手動で除去する必要があるスラジを形成
するMgOを発生することが観察される。供給物に添加されている湿気の一部
が、グラファイト正極とも反応し、製造されるマグネシウムのトン当たり約0.
1トンの非常に高いグラファイト消耗をもたらす。この高グラファイト消耗によ
る槽の作業崩壊を避けるために、Dowの電解槽は、負極距離と同一の正極を維
持するために周期的に槽内に押し下げられる消耗可能な正極を設けて設計される
。Dowの高グラファイト正極消耗は大きな費用がかかり、且つDowの槽は負
極距離に合わせて小さな正極に設計することができない。したがって、わずか約
10,000kWh/トンMgの最近の密閉型槽に比較して、15,000kW
h/トンMg金属以上の高電力消費が必要である。さらに、Dowの槽からの廃
ガスは、高レベルのH2O、HCl、CO、CO2、H2及びN2で汚染された希薄
塩素ガス(30%Cl2未満)である。必要であるとき、再利用または販売のた
めに塩素ガスを回収して使用することができない。最近の密閉型槽は濃縮された
95%以上のCl2を含有する塩素ガス蒸気が製造される。
したがって、密閉型槽内の無水MgCl2から金属マグネシウムを製造するた
めの簡単な方法を発展させる強い要望があり、それにより、グラファイト正極の
消耗を最小限にまで減少し、且つ槽中のスラグの形成を著しく減少させる。この
方法は、現在使用されている無水塩化マグネシウムが、出発材料として水和塩化
マグネシウムに置き換えられるならば、非常に便利となることは明らかであり、
製造に係る困難は著しく少なくなる。オーストラリア特許第120,535号及
び日本特許第32−9052号に記載されているように、槽電解質に水和MgC
l2を供給する先の試みは、750℃以上の温度で行われ、非常に低い水準のM
gOを有し且つ望ましくないスラジの除去すること無しにMgCl2−含有電解
質が製造されない。また、水和塩化マグネシウムから製造される塩化マグネシウ
ムの1モル当たり2モル未満のHClにまでHCl供給量を減少させ、水和塩化
マグネシウムは電解槽から塩素ガスを製造することができ、高価な乾燥HClガ
スと再循環システムとを使用する必要がないことが非常に重要である。
図面
図は、本発明の目的に適切である溶融塩素化反応装置を図示する。
発明の概要
本発明にしたがい、水和塩化マグネシウム供給物から、非常に低いMgO水準
の、典型的には重量で0.2%未満のMgOを含有する無水塩化マグネシウム−
含有溶融体または電解質を直接製造する方法を新しく提供する。さらに具体的に
は、この方法は、
−マグネシウム電解槽からの溶融電解質を含む炉に水和塩化マグネシウムを供
給し、前記炉内の温度を450〜650℃に保持して溶融体を製造する工程、
−前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり
2モルのHCl化学量論的必要量より少ない量で、無水塩化水素−含有ガスを前
記溶融体に同時に注入し、且つ前記溶融体を攪拌して注入した前記ガスを分散さ
せ且つ酸化マグネシウムを前記溶融体に懸濁して保持し、前記塩化マグネシウム
を脱水し且つ酸化マグネシウムと反応させて前記溶融体が100%塩化マグネシ
ウム当量を基準にして0.2%以下のMgOを含み、MgCl2槽の電解質とし
て使用される濃縮無水塩化マグネシウムを含む溶融体を形成する工程、を備える
。
本発明の別の実施態様において、次の工程を備える電解によりマ
グネシウム金属を製造する方法を提供する。すなわち、この方法は、
−重量で15〜60%の塩化マグネシウムの水準が溶融体中で達成されるまで
、マグネシウム電解槽からの溶融電解質を含む別個の炉に水和塩化マグネシウム
を供給し、前記炉内の温度を450〜650℃に維持して、前記溶融体を製造す
る工程、
−前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり
2モルのHCl化学量論的必要量より少ない量で、無水塩化水素含有ガスを前記
炉内に同時に注入し、且つ前記溶融体を攪拌して注入した前記ガスを分散させ且
ついずれのMgOを前記溶融体に懸濁して保持し、前記塩化マグネシウム供給物
を脱水し且つ前記溶融体中に存在する酸化マグネシウム水準を100%塩化マグ
ネシウム当量を基準にして0.2%未満に還元する工程、
−前記脱水した塩化マグネシウム−含有溶融体を少なくとも1つの電解質マグ
ネシウム槽に転送する工程、及び
−電解によりマグネシウム金属を回収する工程、
を備える。
溶融電解質は電解槽から炉に再利用され、電解質中のMgCl2濃度を制御す
る。
本発明の別の実施態様において、水和塩化マグネシウム供給物がら電解により
マグネシウム金属を直接製造する方法を提供する。すなわち、この方法は、
−溶融電解質を含むマグネシウム電解槽の区画に水和塩化マグネシウムを供給
し、前記槽内の温度を450〜650℃に維持して溶融体を製造する工程、
−前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり
2モルのHCl化学量論的必要量未満の量で分散手段
によって無水塩化水素−含有ガスを同時に注入し、前記塩化マグネシウム供給物
を脱水し且ついずれの酸化マグネシウムを前記溶融体に懸濁して保持し、前記電
解質中に存在する酸化マグネシウム水準を100%塩化マグネシウムを基準に0
.2%未満に還元し、それによって分散器作用が前記溶融体を前記電解槽に運搬
するに十分とする工程
−電解によりマグネシウム金属を回収する工程
を備える。
好ましくは、上記方法において溶融体中の酸化マグネシウムの水準が100%
塩化マグネシウム基準で0.1%未満である。
発明の詳細な説明
本発明の目的は、重量で2%未満、好ましくは0.1%またはそれ未満のMg
Oを含有する無水塩化マグネシウム含有溶融体または電解質を、水和塩化マグネ
シウム供給物から直接製造するための新しい方法を提供することである。この方
法は450〜650℃の温度で運転し、水和塩化マグネシウムから製造される塩
化マグネシウムの1モルに対して槽塩素から得られる乾燥HClガスは2モルの
化学量論的量より少なく、現在の密閉型槽に適切な濃縮MgCl2電解質を含有
し、100%塩化マグネシウム当量を基準にして0.2%未満好ましくは0.1
%またはそれ未満のMgOを含有し、すなわち、スラジ形成またはスラジ除去要
求を少なくする。本発明の方法に使用する水和塩化マグネシウム供給物は、Mg
Cl2の1モル当たり2.5モル程度の水を含有してよい。しかしながら、商業
的運転には、MgCl2の1モル当たり1.0〜2.0モルのH2O濃度が好まし
い。約重量で5%のH2O及び約重量で5%のMgOを含有するスプレー乾燥塩
化マグネシウムも利用することができ
る。
溶融体の融点に依存する450〜650℃の温度範囲で15〜60%のMgC
l2を含有する塩化物−溶融体に水和塩化マグネシウムを供給することにより、
MgOの形成が実質的に弱めることができ、無水塩化水素−含有ガスの添加によ
り、規定した範囲内にHCl・H2O分圧を制御される。さらに、水和MgCl2
供給物に含有するMgO、または、他の反応による溶融体中に既に存在するMg
Oは、HCl含有ガスと急激に反応し、すなわち具体的には、MgO濃度を0.
2wt%未満に還元する。
本発明は次のいずれかによって実施される。すなわち、
(1)電解槽からの溶融電解質を含む別個の炉内へと水和MgCl2を供給し
、炉内の温度を450〜650℃に維持して溶融体を製造し、その中に水和塩化
マグネシウムから製造される塩化マグネシウムの1モル当たり化学量論的必要量
未満の2モルのHCl量で無水塩化水素−含有ガスを注入して、注入は米国特許
第4,981,674で具体化され記載されるような分散器により行い、0.2
wt%未満のMgOを含有する濃縮無水MgCl2溶融体を得て、それが電解槽
に再循環される。数種の電解槽は個々の脱水炉に接続してもよい。同時に、個々
の脱水炉は個々の分散器を備えてもよい。
(2)槽から電解質を含むマグネシウム電解槽の特別設計された且つ450〜
650℃の温度に維持された区画に直接水和MgCl2を供給し、その中で水和
塩化マグネシウムから製造される塩化マグネシウムの1モル当たりに化学量論的
必要量未満の2モルのHCl量で無水塩化水素−含有ガスを注入して、注入は上
記分散器により行う。注入ガス混合物を分散するに加えて分散器は、反応区分に
溶融体を転送し且つMgCl2−濃縮溶融体を電解槽の主要部に転
送する。
本発明は、上記ガス分散器によって無水塩化水素ガスを注入することに制限さ
れない。塩化水素ガスの一部は、簡単なスパージャー、細孔プラグ、またはガス
を液体に注入する既知の他の装置でも導入することができる。しかしながら、溶
融体中に存在することができるMgOが沈殿及びスラジを形成しないことを確実
に防止するために、十分な混合を必要とする。好ましくは、塩化水素ガスが溶融
体中に分散され、その中で必要HCl・H2O分圧を維持する。溶融体中のMg
Cl2濃度に依存して、HCl・H2O分圧の比率は好ましくは0.5〜1.5に
する。
塩素化剤として無水塩化水素−含有ガスを使用する代わりに、水素ガス、また
はメタン、プロパン、アンモニア等及び同類物の水素−含有ガス、及び単独に塩
素ガスを媒質に注入することも可能である。その後、水素と塩素は分散器から出
るときに反応し、無水塩化水素を溶融体中に形成する。塩化水素の現場製造の利
点は、分散塩化水素ガス発生炉の価格を減少し、且つ塩化水素ガスを形成するた
めの発熱反応がこの方法の熱必要量を減少させる。
現在入手できる実験資料を下に、本発明の方法によるマグネシウム金属の製造
価格は、工業的に使用されている他の方法に比較した場合、かなり低くなる。
本発明の方法は、その分野を制限するものでなく本発明を示すための次の実施
例によって実施される。百分率はすべてを重量で表す。
実施例1
実験室試験に使用した装置を図1に示す。MgCl2・6H2O粉末が約20g
/分の速度で塩化マグネシウム−含有溶融体(初期
重量=3.0〜3.5kg)に供給される。種々のHClガス流速でのバッチ試
験結果を、表1に要約する。
試験は、約18%のMgCl2、53%のNaCL、23%のCaCl2、6%
のKCl及びMgCl2・6H2O初期溶融体組成を使用して、それらは約20g
/分の速度で溶融体に連続供給され
、620℃の温度で実施された。初期溶融体は0.2〜0.4%のMgOも含有
した。溶融体試料は試験体全てに渡って規則的に採取した。約4時間運転の後、
試験を停止した。最終溶融体組成物は、典型的には、約53%のMgCl2、3
0%のNaCL、15%のCaCl2、3%のKClである。試験結果では、2
l/分のHClガス流速及びHCl・H2Oの比=0.15でこの溶融体のMg
O含有量が試験期間を通して約7.5%のMgOまで一定に増加した。計算では
、供給体中のH2Oの5〜8%が反応してMgOを形成することを示しめす。5
l/分のHClガス流速でかつHCl・H2Oの比=0.375では、試験期間
の最初の60〜90分間、または、溶融体中のMgOの水準が約30〜35%の
MgCl2に増加するまでは、MgOは溶融体中に形成されない。溶融体中の3
5%を越えるMgCl2は、溶融体中に著しく増加したMgO水準を形成する。
10l/分のHClガス流速、HCl・H2Oの比=0.75では、溶融体中の
初期MgO水準(0.41%MgO)は非常に低い水準(0.02%MgO)ま
で素早く還元され、そして溶融体中のMgO水準は、溶融体中のMgCl2水準
が35%MgCl2を越えるまでこの低い水準を越えて増加しない。この時でも
、供給体に含有されるほんの1〜2%のH2Oが反応してMgOを形成する。こ
の試験では、MgCl2含有溶融体に注入されるHClガスの使用は、水和Mg
Cl2供給体材料に含有されH2Oの反応がMgOを形成することを防止するだけ
でなく、一定条件の下で溶融体に含有されるいずれのMgOを非常に低い水準(
電解質中の25%MgCl2で<0.02%のMgO)まで反応することができ
る。
表2は、この方法が、40〜60%のMgCl2範囲の非常に高いMgCl2濃
度で、500℃の低温度または溶融体相に著しい水
準のMgOを発生しないさらに低い温度で運転できることを示す。また、MgO
形成を防止するためにMgCl2−含有供給体材料のH2Oに必要とするHClガ
スモル比は、溶融体温度及び組成に依存し、0.4〜2.0の範囲よりさらに低
い。
意外なことに、HClガスとMgCl2−溶融体中に既に存在す
るMgOとの反応は500℃もの低温度でさえも非常に早いことが明らかになっ
た。
表3は、56%のMgCl2−含有溶融体に含まれるMgOが敏速に反応し、
500℃の温度、45分未満で0.02%より低くなることを示す。この反応は
、炭素反応体と塩素ガスを含むMgCl2−含有溶融体中のMgOの反応より非
常に速く、これは約730℃未満の商業的に適切な比率で進行しない。
混合または分散すること無しにMgCl2−含有電解質にHClを注入する効
果は表4に示される。混合または分散無しでは、HClガス効率は40%未満で
あり、平均反応速度は僅か約2.5モルMgO/時間である。また、混合または
分散無しでは、溶融体試料では低MgO含有量(0.1〜0.5wt%のMgO
)を示すが、
MgO粒子がスラジとして沈降し、反応体に存在するMgOは実際に非常に高い
水準となり、結局は積み重なりスラジとして除去する必要がある。回転グラファ
イト羽根車が十分な攪拌を与え、全てのMgO粒子が懸濁を維持することを確実
にする。所定の実施例においては、500rpmで羽根車を回転させることが9
0%を越えるHClガス効率の増加のみならず、4.5〜6.4モルMgO/時
間の範囲まで著しく反応速度が増加する。
次の実施例は、複雑なHClガスの乾燥及び塩素化炉への再循環を回避するた
め、25%を越えるMgCl2の濃縮電解質中のMgCl2水準で運転する場合、
750℃より十分低い温度で運転する
ための必要事項を示す。
実施例2
1%のMgOを含有する塩化マグネシウム2水和物を塩素化炉に供給する。電
解質中の初期MgCl2水準は約20%のMgCl2であり、電解槽内のそれと同
一である。塩化マグネシウム2水和物が塩素化炉に31.6kg/分の定率で3
0分間供給され、乾燥HClガスが電解質中のMgOの形成を避けるかまたは最
小にする速度で注入される。30分後、電解質中のMgCl2の水準は約45%
MgCl2まで上昇する。2水和物の供給がその後停止され、且つ乾燥HClガ
スは注入を続けられが、しかし遅い速度でさらに20分間続け、電解質中の残留
MgO水準を0.02%未満のMgOまで還元する。その後、0.02%未満の
MgOを含有する45%のMgCl2電解質が、電解槽に輸送される。
550℃と750℃とで運転されるこの試験の乾燥HClガス必要量が以下の
表5で比較される。
すなわち、550℃で塩素化炉を運転することにより、100%のMgCl2
当量を基準にして0.1%未満のMgOを含む45%のMgCl2電解質が、化
学量論的当量未満のHClガスを使用して生産することができる。750℃では
、この反応は3倍を超える化学量論的当量のHClガスを必要とし、塩素化炉か
らの湿潤HClガスは、塩化炉内へ回収、冷却、乾燥及び再循環をする必要があ
る。
記載された本発明の方法は連続方式で運転することも可能である。この方式に
おいては、2段階塩素化炉が必要である。第1の段階
においては、水和塩化マグネシウムと電解槽からの溶融電解質とが、約15〜2
0%のMgCl2で溶融体に連続的に添加され、25〜45%のMgCl2の範囲
の所望の濃縮MgCl2が得られる。乾燥HClガスがMgOの形成を最小にす
るような割合で第1段階に注入する。第1段階のHClガスは、ランス、スパー
ジングチューブ、細孔プラグ、または回転分散器或いはそれらを組み合わせたよ
うな公知の種々の手段で注入することができる。その後、0.1〜0.5%のM
gOを含有して得られた45%のMgCl2電解質は、第2−段階の炉に連続的
に送られ、そこで乾燥HClガスが回転分散器を介して注入され、100%のM
gCl2当量を基にして0.1%未満のMgO水準までMgOを能率的に還元す
る。550℃と750℃で運転するこの連続方法に必要なHClガス量を表6で
比較する。
表7は、550℃〜750℃の範囲の温度の結果、及び水和MgCl2をMg
Cl2−含有電解質(NaCl:CaClモル比=4.5:1)に供給した場合
の平衡HCl/H2Oに及ぼすMgCl2濃度の結果を示す。
実際には、平衡水準よりも約50%以上のHCl/H2O水準が、過剰なMg
O形成を防止するに必要となる。MgCl2ブライン溶液は、過剰量(≦1%の
MgO)の酸化マグネシウムを形成することなく、流動床乾燥機内で温風により
2水和物に乾燥する。塩化マグネシウムの2水和物の供給体と1.0の最大HC
l/H2O比とが、乾燥すること及びこの方法においてHClガスの循環するこ
となく可能であるならば、溶融体中のMgCl2の最大濃縮は550℃に限定さ
れないが、650℃ではMgCl2は45%未満に限定され、且つ750℃では
MgCl2は30%未満に限定される。重要な付加HClが、100%のMgC
l2当量を基にして0.1%未満のMgO水準まで残留MgOを還元するために
必要であるために、実際に、最大濃縮水準が乾燥することなく可能で且つHCl
ガスの再利用は650℃より高い温度にさらに限定される。マグネシウム電解槽
からの電解質中のMgCl2を20%にする場合、MgCl2濃縮の低水準での運
転は電解質の容積を増加し、この電解質は電解槽から塩素化炉を通って運搬され
て戻し且つ濃縮電解質供
給体中のMgOの許容水準を電解槽に還元する必要がある。これを以下に示す表
8に記載する。
0.3〜0.5%のMgOより低いMgO水準でHClガスと残留MgOの反
応速度は溶融体中のMgO濃度に比例するので、0.01%未満のMgOを含有
する溶融体を製造するために必要な塩素化炉の大きさは、非常に大きくなる。し
たかって、これ以上のMgO水準、すなわち少なくとも5%及び好ましくは10
%あるいはそれ以上の量のMgCl2%で運転することが好ましい。
本発明は特別な実施態様に関して記載するのでさらに修正することが可能であ
り、且つ、この応用は、次に本発明のいずれの変形、用途と改良、一般に本発明
の主体を含むものであり、且つ、本発明に関係のある当業者に公知或いは商業的
実施し、此処に記載された実質的な特徴に摘要でき、添付された請求の範囲に従
うような本発明の開示からの発展とを含むことが考えられる。
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1996年2月29日
【補正内容】
明細書
この方法は、マグネサイトのMgOか焼工程及びMgO/ケーキのブリケット
化工程が省略できる利点を有するが、高品位のマグネシウム金属を製造するため
に、高純度マグネサイトの供給を必要とし、且つIG Farben塩素化装置
の残りの欠点、すなわち、低生産性と塩素化炭化水素放出が未だ解決されていな
い。
Norsk Hydroは、濃縮MgCl2ブライン(brine)から無水
MgCl2粒を製造する方法を開発した。この方法は米国特許第3,742,1
00号に開示され、a)MgCl2ブラインを55%以下のMgCl2濃度に蒸発
させること、b)流動床方法に適切な大きさのMgCl2・4−6H2Oの粒を形
成するために濃縮MgCl2ブラインの噴射造粒をすること、c)200℃の空
気で流動床脱水し、MgCl2・2H2O粉末を製造すること、d)約300℃の
無水HClガスで3段階流動床脱水し、MgOとH2Oとを各々0.2wt%未
満含有する無水MgCl2粉末を得ることにある。この方法は商業的に運転され
るが、非常に大量のHClガスの再循環、例えば、脱水のために50倍未満の理
論的必要量を必要とし、したがって非常に複雑であり且つ資本投下である。
米国特許第3,953,574号は、MgOとH2Oとを各々約5wt%含有
するスプレー乾燥したMgCl2粉末を800℃で炭素還元体と塩素ガスと共に
反応させることにより溶融MgCl2を製造する方法を開示する。この方法は、
炉壁に据えつけたグラファイト電極によって電気的に加熱される二つの連結した
長方形の炉内で実施される。スプレー乾燥したMgCl2は、固体炭素還元体と
一緒に第1の炉に供給され、塩素ガスがグラファイトランスを用いる双方の炉を
通じて泡立てて供給体の中でMgOとH2OとをそれぞれMgCl2とHClへと
反応させる。最終MgCl2溶融体は
0.5%未満のMgOを含有する。しかしながら、充分に高い塩素利用効率を得
るためには、鉄または酸化物を塩素化処理炉に添加するか、または好ましくはス
プレー乾燥する前にMgCl2ブラインに塩化第一鉄溶液を添加することによっ
て、塩化第一鉄をメルトに供給することが必要であることが判明した。
請求の範囲
1.酸化マグネシウムが実質的にその位置で発生すること無く、水和塩化マグ
ネシウム供給物から無水塩化マグネシウム−含有電解質を直接製造する方法であ
って、
−炉内の温度を450〜650℃に保持して、マグネシウム電解槽からの溶融
電解質を含む前記炉に水和塩化マグネシウムを供給する工程、
−前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり
2モルのHCl化学量論的必要量より少ない量で、無水塩化水素−含有ガスを前
記電解質に同時に注入し、且つ前記電解質を攪拌して注入した前記ガスを分散さ
せ且つ酸化マグネシウムを前記電解質に懸濁して保持し、前記塩化マグネシウム
を脱水し且つ酸化マグネシウムと反応させて前記電解質が100%塩化マグネシ
ウム当量を基準にして0.2%以下のMgOを含み、濃縮無水塩化マグネシウム
を含む電解質を形成する工程、
を備える無水塩化マグネシウム−含有電解質を直接製造する方法。
2.前記電解質が100%塩化マグネシウム当量を基準にして0.1%以下の
MgOを含有する請求項1記載の方法。
3.前記水和塩化マグネシウムがスプレー−乾燥塩化マグネシウムである請求
項1記載の方法。
4.前記水和塩化マグネシウムが塩化マグネシウムの1モル当たり2.5%以
下の水を含有する請求項1記載の方法。
5.前記無水塩化水素−含有ガスが水素含有ガス及び塩素含有ガスに置き換え
られ、前記電解質に同時に注入される請求項1記載の方法。
6.前記水和塩化マグネシウムが酸化マグネシウムの重量で5%
以下含有する請求項1記載の方法。
7.前記濃縮無水塩化マグネシウム電解質が重量で15〜60%の塩化マグネ
シウムを含有する請求項1記載の方法。
8.前記ガス相のHCl:H2Oの分圧比が0.5〜1.5である請求項1記
載の方法。
9.前記濃縮無水塩化マグネシウム電解質が1つまたはそれ以上のマグネシウ
ム電解槽に再循環される請求項1記載の方法。
10.水和塩化マグネシウム供給物から電解によりマグネシウム金属を直接製
造する方法であって、
−炉内の温度を450〜650℃に維持して、重量で15〜60%の塩化マグ
ネシウムの水準が電解質中で達成されるまで、マグネシウム電解槽からの溶融電
解質を含む別個の炉に水和塩化マグネシウムを供給する工程、
−前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり
2モルのHCl化学量論的必要量より少ない量で、無水塩化水素含有ガスを前記
炉内に同時に注入し、且つ前記電解質を攪拌して注入した前記ガスを分散させ且
ついずれのMgOを前記電解質に懸濁して保持し、前記塩化マグネシウム供給物
を脱水し且つ前記電解質中に存在する酸化マグネシウム水準を100%塩化マグ
ネシウム当量を基準にして0.2%未満に還元する工程、
−前記脱水した塩化マグネシウム−含有電解質を少なくとも1つの電解質マグ
ネシウム槽に転送する工程、及び
−寛容の方法の電解によりマグネシウム金属を回収する工程
を備えるマグネシウム金属を直接製造する方法。
11.前記電解質中の酸化マグネシウム水準を100%塩化マグネシウム当量
を基準にして0.1%以下にする請求項10記載の方法。
12.前記無水塩化水素−含有ガスが水素−含有ガス及び塩素含有ガスに置き
換えられ、前記電解質に同時に注入される請求項10記載の方法。
13.水和塩化マグネシウム供給物から電解によりマグネシウム金属を直接製
造する方法であって、
−槽内の温度を450〜650℃に維持して、溶融電解質を含有するマグネシ
ウム電解槽の区画に水和塩化マグネシウムを供給する工程、
−前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり
2モルのHCl化学量論的必要量未満の量で分散手段によって無水塩化水素−含
有ガスを同時に注入し、前記塩化マグネシウム供給物を脱水し且ついずれの酸化
マグネシウムを前記電解質に懸濁して保持し、前記電解質中に存在する酸化マグ
ネシウム水準を100%塩化マグネシウムを基準に0.2%未満に還元し、それ
によって分散器作用が前記電解質を前記電解槽に運搬するに十分とする工程
−電解によりマグネシウム金属を回収する工程
を備えるマグネシウム金属の直接製造方法。
14.前記電解質中の酸化マグネシウムの前記水準が100%塩化マグネシウ
ム当量を基準にして0.1%以下である請求項13記載の方法。
15.前記無水塩化水素−含有ガスが水素−含有ガス及び塩素含有ガスに置き
換えられ、前記電解質に同時に注入される請求項13記載の方法。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG),
AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C
H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB
,GE,HU,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,
LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,MN,M
W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD
,SE,SI,SK,TJ,TT,UA,UZ,VN
(72)発明者 ケネディー,マーク ダブリュ.
カナダ国,オンタリオ ピー0エヌ 1シ
ー0,ポーキュパイン,アール ストリー
ト 226
(72)発明者 ウォーカー,トーマス ピー.
カナダ国,ケベック エイチ8ワイ 1エ
イチ6,ロックスボロ,ジェネラル ブロ
ック 31
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.酸化マグネシウムが実質的にその位置で発生すること無く、水和塩化マグ ネシウム供給物から無水塩化マグネシウム−含有溶融体または電解質を直接製造 する方法であって、 −マグネシウム電解槽からの溶融電解質を含む炉に水和塩化マグネシウムを供 給し、前記炉内の温度を450〜650℃に保持して溶融体を製造する工程、 −前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり 2モルのHCl化学量論的必要量より少ない量で、無水塩化水素−含有ガスを前 記溶融体に同時に注入し、且つ前記溶融体を攪拌して注入した前記ガスを分散さ せ且つ酸化マグネシウムを前記溶融体に懸濁して保持し、前記塩化マグネシウム を脱水し且つ酸化マグネシウムと反応させて前記溶融体が100%塩化マグネシ ウム当量を基準にして0.2%以下のMgOを含み、濃縮無水塩化マグネシウム を含む溶融体を形成する工程、 を備える無水塩化マグネシウム−含有溶融体または電解質を直接製造する方法。 2.前記溶融体が100%塩化マグネシウム当量を基準にして0.1%以下の MgOを含有する請求項1記載の方法。 3.前記水和塩化マグネシウムがスプレー−乾燥塩化マグネシウムである請求 項1記載の方法。 4.前記水和塩化マグネシウムが塩化マグネシウムの1モル当たり2.5%以 下の水を含有する請求項1記載の方法。 5.前記無水塩化水素−含有ガスが水素含有ガス及び塩素含有ガスに置き換え られ、前記溶融体に同時に注入される請求項1記載の方法。 6.前記水和塩化マグネシウムが酸化マグネシウムの重量で5%以下含有する 請求項1記載の方法。 7.前記濃縮無水塩化マグネシウムの溶融体が重量で15〜60%の塩化マグ ネシウムを含有する請求項1記載の方法。 8.前記ガス相のHCl:H2Oの分圧比が0.5〜1.5である請求項1記 載の方法。 9.前記濃縮無水塩化マグネシウムが1つまたはそれ以上のマグネシウム電解 槽に再循環される請求項1記載の方法。 10.水和塩化マグネシウム供給物から電解によりマグネシウム金属を直接製 造する方法であって、 −重量で15〜60%の塩化マグネシウムの水準が溶融体中で達成されるまで 、マグネシウム電解槽からの溶融電解質を含む別個の炉に水和塩化マグネシウム を供給し、前記炉内の温度を450〜650℃に維持して、前記溶融体を製造す る工程、 −前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり 2モルのHCl化学量論的必要量より少ない量で、無水塩化水素含有ガスを前記 炉内に同時に注入し、且つ前記溶融体を攪拌して注入した前記ガスを分散させ且 ついずれのMgOを前記溶融体に懸濁して保持し、前記塩化マグネシウム供給物 を脱水し且つ前記溶融体中に存在する酸化マグネシウム水準を100%塩化マグ ネシウム当量を基準にして0.2%未満に還元する工程、 −前記脱水した塩化マグネシウム−含有溶融体を少なくとも1つの電解質マグ ネシウム槽に転送する工程、及び −電解によりマグネシウム金属を回収する工程 を備えるマグネシウム金属を直接製造する方法。 11.前記溶融体中の酸化マグネシウム水準を100%塩化マグネシウム当量 を基準にして0.1%以下にする請求項10記載の方 法。 12.前記無水塩化水素−含有ガスが水素−含有ガス及び塩素含有ガスに置き 換えられ、前記溶融体に同時に注入される請求項10記載の方法。 13.水和塩化マグネシウム供給物から電解によりマグネシウム金属を直接製 造する方法であって、 −溶融電解質を含むマグネシウム電解槽の区画に水和塩化マグネシウムを供給 し、前記槽内の温度を450〜650℃に維持して溶融体を製造する工程、 −前記水和塩化マグネシウムから製造された塩化マグネシウムの1モル当たり 2モルのHCl化学量論的必要量未満の量で分散手段によって無水塩化水素−含 有ガスを同時に注入し、前記塩化マグネシウム供給物を脱水し且ついずれの酸化 マグネシウムを前記溶融体に懸濁して保持し、前記電解質中に存在する酸化マグ ネシウム水準を100%塩化マグネシウムを基準に0.2%未満に還元し、それ によって分散器作用が前記溶融体を前記電解槽に運搬するに十分とする工程 −電解によりマグネシウム金属を回収する工程 を備えるマグネシウム金属の直接製造方法。 14.前記溶融体中の酸化マグネシウムの前記水準が100%塩化マグネシウ ム当量を基準にして0.1%以下である請求項13記載の方法。 15.前記無水塩化水素−含有ガスが水素−含有ガス及び塩素含有ガスに置き 換えられ、前記溶融体に同時に注入される請求項13記載の方法。
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